JPH03102189A - 明澄な光路を有する炉室 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 関連出願の説明 本発明は、工が１一年　ａ月二１日に提出された米国特
許出願第３ｑθ０５２　号および／’？８９年−２一月
１日に提出された米国特許出願第３７乙θｑ５号の内容
に関連している．発明の背景 本発明は、プラズマアーク融解法（ＰＡＭ法〉または電
子ビーム融解法（ＥＢＭ法）に従って高温下で合金を融
解処理するために使用される炉の目視観察を可能にする
方法に関するものである．更に詳しく言えば本発明は、
融解処理の実施に際して炉室内に光路を確保すると共に
、清浄な鏡面によって炉室内部のほぼ全域を目視観察し
得るようにするための方法に関する． 公知の通り、ＰＡＭ法またはＥＢＭ法によって融解され
た金属の表面から発生する粒子状物質は、目視または光
学的手段によって金属の融解処理を監視するために使用
される覗き窓および関連装置の表面上に付着する傾向が
ある．このような粒子状物質の付着物は、プロセス監視
のために使用される目視観察を妨害するばかりでなく、
プロセス制御のために使用される定量的な赤外線温度測
定、並びに炉内において行われる融解処理の制御または
監視のために使用されるその他の光学的技術（たとえば
、鏡による目視観察〉をも妨害する．たとえば、処理上
の理由から溶融物プールの液面を監視するため、該液面
を目視観察することが時折必要となるのである． このような性質の光学窓の汚れを処理するために使用さ
れてきた従来の方法は、各種の機械的および光学的補助
手段を使用するものであった。かかる手段の実例として
は、可動フイルム、ワイバ、ブラシ、ビンホールレンズ
、鏡および各種のシャッタが挙げられる．しかしなから
、これらの手段はいずれも長期使用目・的にとって満足
すべきものではなかった． たとえば、可動フイルムについて述べれば、かかるフィ
ルムは信頼性に欠けると共に、それが破損した場合には
炉室内に異物が導入される可能性もある．更にまた、か
かるフィルムは光学的特性または（機器観察を使用する
場合における）分光応答性の点で必ずしも適当とは言え
ない．他方、ワイバおよびブラシは覗き窓の内面または
付属する鏡の表面を清掃するため定期的に使用される．
しかしなから、この場合における覗き窓および鏡の光学
的特性は時間依存性を示し、しかもそれらはほとんど予
測不可能である．更にまた、かかるワイバまたはブラシ
を使用すれば、覗き窓の内面や鏡の表面から付着物が除
去されるが、かかる付着物は炉室内および溶融物中に落
下して溶融物の汚染を引起こすことがある． 他方、手動式および電動式のシャッタも使用されてきた
．とは言え、かかるシャツタは付着速度を低下させるも
のに過ぎないであって、付着の発生を防止するものでは
ない．その上、シャツタは可動部および封止部を導入す
るが、それらは炉の雰囲気を汚損することがある．シャ
ッタを使用しても、覗き窓または鏡への付着物の有無は
やはり時間依存性を示す上、シャッタ機構が動作してい
る間は連続的な目視観察を行うことができない。

従来のガスパージ式覗き窓または鏡は、付着を防止する
点で有効でなかった．なぜなら、従来のガスバージ法に
おいては覗き窓に沿って大流量のガスが流される．かか
る大流量のガスは渦流を誘起する結果、汚染源としての
粒子状物質の逆流が起こり、そして覗き窓の内面上に粒
子状物質の不均一な付着をもたらす．かかる不均一な付
着物を有する覗き窓を使用すれば、問題は一層大きくな
るのである． 有用な覗き窓は、エｕゴ■一一年一と一カコ一日に提出
された同時継続米国特許出願第３　００５２一号明細書
中に記載されている．この機構はガス流を必要とするが
、かかるガス流は多くの炉内処理操作にとって妨げとな
らない．しかしなから、電子ビーム融解法の場合には炉
室内に高真空を維持しなければならない．バージガスの
使用が必要とされる場合には、かかる真空を維持するこ
とができないのである．その上、気体分子の平均自由行
程は低圧下では極めて大きいから、上記の特許出願明細
書中に記載されたようなガスバージ法に関連して覗き窓
または鏡を使用する場合には極めて長い遮断管が必要と
なることがある． 蒸気状または粒子状の物質の付着による鏡面の汚染を防
止することに関しては、幾つかの特に厳しい問題が存在
する。覗き窓と組合わせて鏡面を使用することの真の利
点は、炉室内のより広い区域を目視観察し得ることであ
る。換言すれば、覗き窓にとって利用し得る光路はそれ
の透明な光学素子のまっすぐ前方に存在するものだけに
限られる．しかるに、覗き窓と光学的に整列していない
炉室内の区域を監視することが所望される場合も多いの
である。

鏡面を設置しようとする努力は、覗き窓の場合と同じ問
題に悩まされてきた。固体（とりわけ、高レベルの酸素
を含有する微粒子状の固体）の付着が鏡面を曇らせるか
ら、それらを清浄に保っためには上記のごとき補助手段
または補助操作が必要となるのである． 更にまた、覗き窓は強力加熱が行われかつ微粒子状の物
質が発生する部位から遠く離れて位置するのが通例であ
る．しかるに、鏡面は汚染源のより近くに位宣し、従っ
て汚染を一層受け易くなっている． このたび本発明者等は、ＰＡＭ法やＥＢＭ法などに従っ
て強力加熱を行うために役立つと共に、かかる強力加熱
から発生した粒子状物質が炉室内に煙霧を生じるような
装置において、覗き窓を通して明澄な光路を確保するた
めの手段を考案した．本発明の装置は、電子ビーム加熱
やプラズマ加熱などによる金属浴の強力表面加熱に関連
して使用するために特に適している．かかる強力表面加
熱は、実質的な量の金属蒸気および（または〉金属微粒
子を発生させる．本発明が目標とするのは、蒸気および
微粒子による炉室内の光路の汚れを低減させることであ
る． 発明の要約 本発明の目的の１つは、微粒子状の物質が発生する炉室
内の多くの区域−に対して明澄な光路を確保することに
ある。

また、炉室内の鏡面を清浄に保つための方法を提供する
ことも本発明の目的の１つである．更にまた、炉室内に
おいて微粒子状の物質が発生しているにもかかわらず、
炉室内部のほぼ全域を目視観察し得るような炉装置を提
供することも本発明の目的の１つである。

更にまた、汚染源を威す粒子状物質が発生する炉室内に
存在しなからも比較的清浄に保たれるような鏡面を提供
することも本発明の目的の１つである． 本発明のその他の目的は、以下の詳細な説明を読むこと
によって自ら明らかとなろう．本発明の上記およびその
他の目的を達成するためには、一般的に述べれば、電子
ビーム融解技術および〈または〉プラズマアーク融解技
術に従って金属の強力加熱を行うための炉の包囲容器が
設置される．かかる包囲容器の壁を貫通して覗き窓が設
けられる．包囲容器の内部には、金属鏡面が配置される
．かかる金属鏡面を旋回させるための手段により、覗き
窓と炉内の多くの区域との間に光路を設定することがで
きる．他方、強力加熱によって包囲容器内に発生する煙
霧の粒子上に存在する電荷の正負が決定される．粒子上
の電荷と同じ符号を有する電圧を金属鏡面に印加するこ
とにより、金属鏡面に対する粒子状物質の付着が防止さ
れることになる． 添付の図面を参照しなから以下の説明を読めば、本発明
の説明に当って理解すべき点の１つは、金属の融解処理
に際して使用される炉および炉室が〈炉を運転するため
の要求条件に合致する限り）できるだけ小さく保たれる
ことである．また、高い融点を有する金属の融解処理を
行うため、炉内には複雑な１群の処理設備および感知設
備を設置しなければならない．たとえば、第１図中には
ただ１個のプラズマガンしか示されていないが、るつぼ
内の溶融物を最適処理状態にするために２個以上のプラ
ズマガンが使用される場合も多い．更にまた、炉内の溶
融物について最適処理条件を確保するため、ガスの入口
や出口およびガス感知手段のごとき追加の付属設備を設
置することも必要となる．このように炉内は込み合った
状態にあるから、炉内付属設備のいずれについても理想
的な位置を選定することは不可能である．それどころか
、各種の付属設備が炉の包囲容器の壁面スペースを奪い
合っていると共に、それらが果たすべき様々な機能にと
って最適の炉内位置を得ようとして競い合っているのが
実情である． 次に第１図を見ると、炉の包囲容器および付属設備の略
図が示されている。第１図について説明すれば、プラズ
マアーク加熱によって溶融物１４を処理するための炉床
１２が包囲容器１０の内部に収容されている。プラズマ
アークは、所要のガス供給手段および給電手段を収容し
た外部管状部材を有する支持導管１８の下端に配置され
たプラズマガン１６によって供給される．支持導管１８
は機械的封止部２２を介して炉壁２０を貫通している．
封止部２２は支持導管１８の上下運動を可能にすると共
に、包囲容器１０内の様々な区域にプラズマガン１６を
配置するための旋回運動をも可能にする．支持導管１８
の外側部分２４の末端にはガス供給／給電ユニット２６
が設置されている．上記の通り、特に炉床１４がより大
きい寸法を有する場合（たとえば、細長い炉床の場合）
には、溶融物に対して２個以上のプラズマガン１６が使
用されることもある． 支持導管１８が貫通した封止部２２を含む複数の封止部
以外にも、適正な炉内処理操作のために必要な付属設備
が存在する．かかる付属設備の１つとして、排気口３０
が部分断面図によって示されている．また、溶融物の液
面を測定するため炉内にレーザビームを導入するための
計測口３２、および反射されたレーザビームを導出する
ための計測口３４が設けられることもある．ガス試料採
取口３６は、炉室内の混合ガスの濃度を測定するための
ガス試料を抜取るために役立つ．更にまた、ガス供給口
３８は炉内処理操作の要求に応じて不活性ガスまたは還
元ガスを導入するために役立つ．実用的な装置において
は、このように多くの付属設備が特に炉室の上部に存在
しているため、所要の付属設備を炉に取付けるためのス
ペースの不足からある種の操作を断念しなければならな
いこともある． 本発明を構成する付属設備について述べれば、溶融物の
表面の目視観察を可能にする炉内の位置に鏡４０が配置
されている．また、炉の側壁には、鏡４０と対向しなか
ら整列した位置に覗き窓４２が設けられている．鏡４０
は、側壁４８の封止部４６を貫通した制御棒４４によっ
て支持されている．制御棒４４の末端に取付けられた取
手５０により、鏡４０は制御棒４４の中心軸の回りに回
転させることができる．取手５０はまた、図示されてい
ない通常の運動制御手段を介して鏡４０を水平面に対し
様々な角度に傾斜させることもできる．更にまた、取手
５０により、鏡４０を炉内において横方向に移動させる
こともできる．鏡４０を横方向に移動させた位置が４０
゛として示されている．この場合、取手５０は５０′の
位置にまで移動し，また制御棒４４は４４′の位置にま
で引出されている．このように、鏡４０を覗き窓４２の
視線と整列させなから鏡４０を上記のごとき様々な状態
に運動させることにより、炉内の多くの区域を覗き窓４
２から目視観察することができるのである．なお、覗き
窓４２からの視線は破線５２によって示されている．鏡
４０が図示された位置にある場合には、反射後の視線５
４によって溶融物５６の上面の目視観察が可能になる．
他方、鏡４０が４０’の位置にある場合、反射後の視線
は破線５８によって表わされる．この場合には、炉壁２
０の下面を観察することにより、剥離して溶融物５６中
に落下するほどの付着物が蓄積しているかどうかを調べ
ることができる．Ｍ４０には、導線６２を通して電源６
０から高い電圧が印加される．他方、電源６０からの導
線６４は包囲容器１０の側壁６６に接地されている．鏡
４０には５〜３０ｋＶの電圧が印加される結果、鏡４０
の周囲には粒子上の電荷と同じ符号（正または負）を持
った電界が生み出される．粒子上の電荷の種類を判定す
るための簡単な方法としては、金属板に電圧を印加しな
から、覗き窓を通して該金属板上における粒子の付着の
有無を観察すればよい。以下の説明は、粒子上の電荷が
負である場合に関連して行われる。

ＰＡＭ法またはＥＢＭ法に従って金属表面の強力加熱が
行われるような環境中においては、かかる強力加熱から
生じる蒸気状または粒子状の物質は一般に負の電荷を有
することが見出された。それ故、かかる蒸気状または粒
子状の物質は正に帯電した物体には吸引される一方、負
に帯電した物体からは反発されるのである。

本発明に従えば、金属鏡面に負の電圧を印加することに
より、負に帯電した蒸気状または粒子状の物質は反発さ
れる．その結果、金属鏡面は清浄なままに保たれ、従っ
て金属鏡面に入射する光については明澄な光路が確保さ
れることになる。

上記のごとき金属鏡面は、貴金属のごとき不活性金属か
ら成ることが好ましい．たとえば、金や白金のごとき貴
金属を平滑な金属板にめっきすることにより、高度の反
射能を持った導電性表面を得ることができる． 本発明において使用される電圧レベルは、本発明を適用
する装置に依存する．実験的装置においては、５〜３０
ｋＶの電圧を印加すればよい．他方、工業用装置におい
ては、約８０ｋＶまであるいはそれ以上の高い電圧を使
用することによって炉室内の光路を効果的に改善するこ
とができる．

【図面の簡単な説明】

第１図は金属のプラズマアーク加熱を行うための炉の包
囲容器内に帯電金属鏡面を配置したところを示す略図で
ある． 図中、１０は包囲容器、１２は炉床、１４は溶融物、１
６はプラズマガン、１８は支持導管、２０は炉壁、２２
は封止部、２６はガス供袷／給電ユニット、４０は鏡、
４２は覗き窓、４４は制御棒、４６は封止部、４８は側
壁、５０は取手、５６は溶融物、６０は電源、そして６
２および６４は導線を表わす．

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、金属の強力表面加熱を実施している炉の内部に明澄
   な光路を得るための方法において、（ａ）前記炉の包囲
   容器を設置し、（ｂ）前記包囲容器の壁を貫通して覗き
   窓を設け、（ｃ）前記包囲容器内において前記覗き窓と
   光学的に整列した位置に旋回可能な金属鏡面を配置し、
   （ｄ）前記炉内における金属の強力加熱によって生じる
   粒子上の電荷の種類を判定し、（ｅ）高圧電源を用意し
   、そして（ｆ）前記粒子上の電荷と同じ符号を有する高
   い電圧を前記金属鏡面に印加する諸工程から成る結果、
   前記包囲容器内の粒子状物質が前記金属表面から反発さ
   れることを特徴とする方法。 ２、前記金属鏡面が研磨金属面から成る請求項１記載の
   方法。 ３、前記金属鏡面が研磨金属板上にめっきされた貴金属
   から成る請求項１記載の方法。 ４、前記高圧電源が３０ｋＶまでの電圧を供給し得るも
   のである請求項１記載の方法。 ５、前記高圧電源が５〜８０ｋＶの電圧を供給し得るも
   のである請求項１記載の方法。 ６、（ａ）強力金属加熱用として構成された炉の包囲容
   器、（ｂ）前記包囲容器の壁に設けられた覗き窓、（ｃ
   ）前記覗き窓と光学的に整列した金属鏡面、および（ｄ
   ）前記金属鏡面に高い電圧を印加するための高圧印加手
   段の諸要素から成ることを特徴とする、強力金属加熱用
   の炉の内部に明澄な光路を得るための装置。 ７、前記炉が電子ビーム融解炉である請求項６記載の装
   置。 ８、前記炉がプラズマ溶射炉である請求項６記載の装置
   。 ９、前記炉がプラズマアーク融解炉である請求項６記載
   の装置。 １０、前記高圧印加手段が３０ｋＶまでの電圧を供給し
   得るものである請求項６記載の装置。 １１、前記高圧印加手段が５〜８０ｋＶの電圧を供給し
   得るものである請求項６記載の方法。 １２、前記金属鏡面が金めっきされた金属板から成る請
   求項６記載の装置。